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Do thermal infrared (TIR) remote sensing and direct hyporheic measurements (DHM) similarly detect river-groundwater exchanges? Study along a 40 km-section of the Ain River (France)

Authors :
Vincent Wawzyniak
Pierre Marmonier
Michel Creuzé des Châtelliers
Marie-José Dole-Olivier
Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Environnement, Ville, Société (EVS)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Environnement Ville Société (EVS)
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML)
Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Source :
Science of the Total Environment, Science of the Total Environment, 2019, 646, pp.1097-1110. ⟨10.1016/j.scitotenv.2018.07.294⟩, Science of the Total Environment, Elsevier, 2019, 646, pp.1097-1110. ⟨10.1016/j.scitotenv.2018.07.294⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
Elsevier BV, 2019.

Abstract

International audience; Water exchanges through the hyporheic zone are crucial to many ecological processes in streams. One major challenge for river managers is to find a practical method for localizing these exchanges using rapid data acquisition techniques. This work compares spatially continuous data, acquired by Thermal Infrared (TIR) techniques, with discrete data collected in surface water and in the hyporheic zone (DHM), at sites of expected water exchanges (gravel bars). Forty gravel bars, distributed along a 40 km-sector of the Ain River were sampled at upstream- and downstream-bar positions (80 sites) in order to reveal hyporheic exchanges. At each site, 4 physico-chemical parameters were measured at 0, −20 and –50 cm beneath the sediment surface. The field collections of TIR high-resolution images were conducted concomitantly, at low flow and high surface-water temperatures. Among the 80 sites selected for field measurements, 14 were identified as upwellings (groundwater inputs) and 66 as downwelling sites. From those 14 upwellings, 13 were also identified with TIR. The 44 additional sites identified with TIR corresponded to small-sized cold-water patches situated along the gravel bars or to groundwater discharge sites located between the bars (19 lateral seeps). Nevertheless, the DHM method documented on downwelling exchanges (infiltration of surface water), which were not captured by TIR images, and may represent hyporheic hotspots especially for benthic invertebrates. Along the studied sector of the Ain River, these downwelling zones were much more numerous than upwelling ones. Both methods in combination provide a rather complete picture of water exchange along rivers and are needed to evaluate the potential as refuges zones during critical dry periods.

Details

ISSN :
00489697 and 18791026
Volume :
646
Database :
OpenAIRE
Journal :
Science of The Total Environment
Accession number :
edsair.doi.dedup.....db135aa904636ee349a65d2093d9ec47